Ile waży kilogram? Naukowcy badają ten pozornie prosty problem od setek lat.
W 1795 roku Francja uchwaliła ustawę, która określała „gram” jako „absolutną masę wody w sześcianie, którego objętość jest równa jednej setnej metra w temperaturze topnienia lodu (tj. 0°C)”. W 1799 roku naukowcy odkryli, że objętość wody jest najbardziej stabilna, gdy gęstość wody jest najwyższa w temperaturze 4°C, dlatego definicja kilograma została zmieniona na „masę 1 decymetra sześciennego czystej wody w temperaturze 4°C”. W ten sposób powstał kilogram pierwotny z czystej platyny, a kilogram jest definiowany jako równy jego masie, zwanej kilogramem archiwalnym.
Ten kilogram archiwalny służy jako punkt odniesienia od 90 lat. W 1889 roku Pierwsza Międzynarodowa Konferencja Metrologii zatwierdziła replikę ze stopu platyny i irydu, najbardziej zbliżoną do kilograma archiwalnego, jako międzynarodowy kilogram oryginalny. Masę „kilograma” definiuje się jako walec ze stopu platyny i irydu (90% platyny, 10% irydu) o wysokości i średnicy około 39 mm, który jest obecnie przechowywany w piwnicy na obrzeżach Paryża.
Międzynarodowy kilogram oryginalny
Od czasów oświecenia społeczność geodetów dążyła do stworzenia uniwersalnego systemu pomiarowego. Chociaż wykorzystanie obiektu fizycznego jako punktu odniesienia pomiarowego jest wykonalne, to ze względu na łatwość uszkodzenia obiektu fizycznego przez czynniki antropogeniczne lub środowiskowe, stabilność pomiaru ulegnie pogorszeniu, a społeczność geodetów zawsze dążyła do jak najszybszego porzucenia tej metody.
Po przyjęciu przez kilogram międzynarodowej, pierwotnej definicji kilograma, pojawia się pytanie, które bardzo niepokoi metrologów: jak stabilna jest ta definicja? Czy będzie się ona zmieniać z czasem?
Należy zaznaczyć, że pytanie to pojawiło się na początku definiowania jednostki masy – kilograma. Na przykład, gdy kilogram został zdefiniowany w 1889 roku, Międzynarodowe Biuro Miar i Wag wyprodukowało 7 kilogramowych odważników ze stopu platyny i irydu, z których jeden to Międzynarodowy Komitet Miar. Oryginalny kilogram służy do zdefiniowania jednostki masy – kilograma, a pozostałe 6 odważników, wykonanych z tego samego materiału i w tym samym procesie, służy jako wtórne punkty odniesienia, aby sprawdzić, czy występuje między nimi dryft w czasie.
Jednocześnie, wraz z rozwojem technologii o wysokiej precyzji, potrzebujemy również bardziej stabilnych i dokładnych pomiarów. Dlatego zaproponowano plan redefinicji międzynarodowej jednostki podstawowej za pomocą stałych fizycznych. Użycie stałych do definiowania jednostek miary oznacza, że definicje te będą odpowiadać potrzebom następnej generacji odkryć naukowych.
Według oficjalnych danych Międzynarodowego Biura Miar i Wag, w ciągu 100 lat, od 1889 do 2014 roku, spójność jakościowa pozostałych kilogramów oryginalnych i międzynarodowego kilograma oryginalnego zmieniła się o około 50 mikrogramów. Świadczy to o problemie stabilności fizycznego wzorca jednostki jakości. Chociaż zmiana o 50 mikrogramów wydaje się niewielka, ma ona ogromny wpływ na niektóre branże z sektora high-end.
Jeśli podstawowe stałe fizyczne zostaną użyte do zastąpienia kilograma jako fizycznego wzorca, stabilność jednostki masy nie będzie naruszona przez przestrzeń i czas. Dlatego w 2005 roku Międzynarodowy Komitet Miar i Wag opracował ramy stosowania podstawowych stałych fizycznych do definiowania niektórych podstawowych jednostek Międzynarodowego Układu Jednostek Miar. Zaleca się stosowanie stałej Plancka do definiowania jednostki masy kilograma, a kompetentne laboratoria na szczeblu krajowym są zachęcane do prowadzenia powiązanych prac badawczych.
Dlatego też podczas Międzynarodowej Konferencji Metrologicznej w 2018 r. naukowcy zagłosowali za oficjalnym wycofaniem z użytku międzynarodowego prototypu kilograma i zmienili stałą Plancka (symbol h) na nowy standard, aby na nowo zdefiniować „kg”.
Czas publikacji: 05-03-2021